MODÜLER Robotlar

Yeniden Yapılandırılabilir Robotlar

Modüler yeniden yapılandırılabilir robotik sistemler ya da yeniden yapılandırılabilir modüler robotlar, değişken şekilli otonom kinematik makinelerdir. Tek şekilli robotlardaki konvansiyonel sensör, eyleyici ve kontrol sistemlerine ek olarak, yeniden yapılandırılabilir robotlar yeni durumlara adapte olabilmek, yeni görevleri yerine getirebilmek ya da tamirat amacıyla parçalarının bağlantılarını düzenleyerek bilinçli olarak şekillerini değiştirebilirler.

Örnek olarak bu tarz bileşenlerden oluşan bir robot toprak kurdu benzeri bir şekil alarak dar bir borudan geçebilir, düzensiz zeminde hareket edebilmek için örümcek benzeri bir şekil alabilir, daha sonra üçüncü bir tekerlek ya da top benzeri şekil alarak düz zeminde hızlıca hareket edebilir. Bütün bunların dışında modüler robotlar duvarlar, barınaklar ya da binalar gibi sabit şekiller alabilirler.

“Yeniden yapılanma” ya da “yeniden yapılandırılabilir” özelliklerinin anlamı mekanizma ya da aracın kendi kontrol sistemini manipüle ederek yapısal şeklini değiştirebilmesidir. “Modüler” tanımı ise sistem içerisindeki parçaların gruba eklenebilmesi ya da çıkarılabilmesi anlamında kullanılmaktadır.

Yapı ve Kontrol

Modüler robotlar genellikle fazla değişiklik göstermeyen çok sayıda yapı bloğundan oluşurlar. Bu blokların mekanik güçlerin, elektriksel gücün ve haberleşmenin transfer edilebilmesini sağlayan ortak birleşme arayüzleri bulunur. Modüler bloklar genellikle bazı öncelikli yapısal hareketli ünitelerden ve kıskaç, ayak ve kamera gibi özelleşmiş ünitelerden oluşur.

Mimarilerin Sınıflandırılması

  • Örgü Mimarisine sahip sistemlerde üniteler birbirlerine sanal bir örgüsel grid üzerindeki noktalar şeklinde bağlanırlar. Bu bağlantı düzeni kristal içindeki atomlara benzetilebilir. Örgü mimarisi daha basit mekanik tasarımlara ve basit hesapsal temsillere fırsat tanır. Bu sistemlerde yeniden yapılanma için programlama daha kolaydır ve ölçeklendirmeye uygundurlar.
  • Zincir Mimarisinde örgü mimarisindeki gibi sanal bir grid sistemi yoktur. Üniteler çalışma alanlarındaki her noktaya erişebilme yeteneğine sahiptirler bu nedenle daha çok yönlü oldukları söylenebilir. Ancak bu özgürlük nedeniyle zincir mimarisinde yeniden yapılandırılma problemleri oldukça karmaşıktır ve yeniden yapılanma sürecinin tek bir adımının tamamlanması çok uzun sürebilir.
  • Hibrit Mimari kendisinden önceki iki mimarininde avantajlarından faydalanır. Kontrol ve mekanizma örgü mimarisine benzer oluşturulmuştur, ancak ünitelerin çalışma alanındaki her bölgeye erişimi vardır.

Modüler robotik sistemler aynı zamanda modül tasarımlarına göre de sınıflandırılabilir.

  • Homojen Modüler Robotik Sistemlerin modülleri aynı tasarıma sahiptir. Bu sistemlerin avantajları boyutsal ölçeklendirmeye oldukça uygun olmalarıdır. Çoğunlukla belirtilen dezavantajları ise homojen yapılarının fonksiyonellikleri üzerindeki limitleyici etkisidir. Bu sistemler belirli bir görevi tamamlamak için genellikle heterojen sistemlere oranla daha fazla modüle ihtiyaç duyarlar.
  • Heterojen Modüler Robotik Sistemlerin farklı tasarıma ve farklı fonksiyonlara sahip modülleri bulunmaktadır. Bu sistemlerin avantajları, kompakt yapılarıdır. Dezavantajları ise tasarım, üretim ve simülasyon metotlarındaki karmaşıklıktır.

Motivasyon ve İlham

Yeniden yapılandırılabilir modüler robotik sistemler tasarlamak için iki temel motivasyon bulunmaktadır. Bunlar fonksiyonel ve ekonomik avantajlardır.

  • Fonksiyonel Avantaj: Yeniden yapılandırılabilir robotik sistemler potansiyel olarak konvansiyonel sistemlere göre daha dayanıklı ve adaptasyona daha uyumludur. Yeniden yapılandırılabilme yetenekleri sayesinde robotlar değişik görevlere daha uyumlu hale gelebilirler. Örneğin ayaklı bir robottan yılansı bir robota dönüşebilen sistemler gibi. Robot parçaları birbirleri yerine kullanılabileceği için, sistem hatalı parçaları kendi kendilerine değiştirebilirler. Bu sayede kendi kendini onaran robotlar mümkün olabilir.
  • Ekonomik Avantaj: Yeniden yapılandırılabilir robotik sistemler potansiyel olarak toplam robot maliyetini düşürürler. Bunun sebebi bu sistemlerin kompleks robotları üretmek için basit ve toplu üretilebilen modüllerden oluşmasıdır.

Bahsedilen avantajların ikisi de şimdiye dek tamamıyla gerçekleştirilmemiştir. Bir süre daha herhangi bir modüler robotik sistem belirli bir görevi yerine getirirken, o görev için özellikle tasarlanmış robotlardan daha iyi performans gösteremeyecektir. Ancak modüler robotların asıl güçleri yapılması için birden fazla robotun görev alması gereken çoklu görevlerde ortaya çıkmaktadır.